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环球今日报丨美国太夸张,当年居然靠着内存4KB的计算机,实现了登月奇迹

2023-06-18 22:48:28  来源:宇宙的秘密

美国太夸张,当年居然是靠着内存4KB的计算机,实现了登月奇迹!

1969年7月,当阿波罗11号登上月球表面,全世界为之震惊。此时距第一台巨型电脑诞生还不到30年,计算机技术还处于起步阶段。但阿波罗11号上载着一台神秘的小型计算机,它仅有4KB的内存,却圆满完成了飞船的导航和控制任务,使阿波罗11号准确无误地登陆在月球上,看上去极为不可思议。


(资料图)


阿波罗11号上的计算机被称为“阿波罗制导计算机”。它采用当时尖端的集成电路技术,体积只有一个小手提箱,但却实现了对飞船的精准控制在大部分计算机都要占据一整间房间的 1960 年代,阿波罗导航计算机这样一台体积小、功耗低的机载电脑的出现,真的堪称奇迹。

更重要的是,在它之前,没有任何计算机曾控制过宇宙飞船的导航或重大系统,阿波罗11号,完全是让这个小东西肩负着人类历史上首次深空之旅的命运。


另外,4KB的内存对我们今天来说更是微不足道,但在1969年,它已经代表了技术极限。工程师们不得不极度考究程序和数据的组织,才能在这么小的容量下完成如此复杂的任务。但结果,制导计算机一举成功,导航计算精确,各系统运转正常。

你可能会好奇,阿波罗制导计算机有多厉害?它能做些什么?它又是怎么工作的呢?

让我们继续往下看:

阿波罗制导计算机是一台非常厉害的计算机,它有以下几个特点:

它是第一台基于硅集成电路的计算机,每个芯片包含两个逻辑门,每个逻辑门是一个简单的电子开关,可以监测三个输入,并根据输入的状态决定输出的状态。这样,通过一系列的逻辑门,就可以实现复杂的计算功能。它的字长是16位,其中15位是数据位,1位是奇偶校验位。它的内存有两种类型:一种是只读存储器(ROM),另一种是随机存取存储器(RAM)。ROM使用了一种特殊的技术,叫做核绳存储器(core rope memory),它是通过将电线穿过或绕过磁芯来存储数据的。ROM的容量是36,864个字,用来存储飞船的软件程序。RAM使用了磁芯存储器(magnetic-core memory),它是通过改变磁芯的磁化方向来存储数据的。RAM的容量是2048个字,用来存储飞船的运行数据。它有一个数字显示和键盘(DSKY)的界面,它是一个小型的控制面板,上面有一个数字键盘和几个显示屏。宇航员通过输入两位数的动词和名词来与计算机交互。动词表示要执行的操作,名词表示要操作的对象。例如,动词06表示显示,名词33表示飞船的位置。输入06033就可以在显示屏上看到飞船的位置信息。


它还有很多接口,可以与飞船上的其他设备通信,比如惯性测量装置(IMU)、手动控制器、雷达、遥测接收器、发动机指令、反应控制系统等等。

阿波罗制导计算机虽然看起来很简单,但它却能完成很多复杂的任务,

比如:

它可以根据飞船的位置、速度、姿态等信息,计算出飞船的轨道参数,并与地面控制中心进行比较和修正。它可以根据飞船的目标轨道和当前轨道,计算出飞船需要进行的轨道修正或变轨操作,并给出发动机点火时间、持续时间和方向。它可以根据月球表面的地形特征和预选着陆点,计算出飞船需要进行的降落操作,并给出发动机点火时间、持续时间和方向。它可以根据飞船上各种传感器和开关的状态,检测和处理各种故障和异常情况,并给出相应的警报或建议。

阿波罗制导计算机在阿波罗11号任务中发挥了重要作用。

在登月过程中,当飞船距离月球表面只有几千米时,计算机突然发出了几次警报,表示内存已经超载。原来是因为一个设计错误,导致一个不必要的雷达信号不断占用计算机的资源。但幸运的是,计算计算机的软件设计得非常智能,它可以自动忽略不重要的任务,优先处理重要的任务。所以,即使内存超载,计算机仍然能够正常工作,为飞船提供准确的导航和控制。


在登月过程中,还有一个更大的挑战。当飞船接近月球表面时,阿姆斯特朗发现预选着陆点上布满了巨大的岩石和陨石坑,如果硬着陆,飞船很可能会损坏或翻倒。于是,他决定手动控制飞船,寻找一个更平坦的地方着陆。这样一来,飞船的油量消耗得更快,而且飞船偏离了原来的轨道,计算机无法给出正确的指令。


在这种紧急情况下,阿姆斯特朗和阿尔德林依靠自己的判断和经验,以及计算机提供的部分信息,成功地将飞船安全地降落在月球上。他们只剩下了22秒的油量。这是一次惊险而精彩的登月过程,也是一次人类智慧和技术的完美结合。

最后

阿波罗11号成功登月,不仅展现了美国在航天竞赛中的技术优势,更体现了美国人那时候探索未知的勇气与决心。

因为这件事无论怎么想,都很夸张惊人:美国超过 30 万名技术人员的努力,八年间耗资 250 亿美元的付出,以及一个国家的骄傲,最终要完全取决于几行计算机代码。


而今天,我们早已经拥有了比阿波罗制导计算机更强大、更小巧、更便宜、更普及的计算机。我们用极小的计算机体积,获得了远远超过阿波罗登月计算机的计算能力。我们可以用现代计算机芯片,来做各种各样的事情,上网、打游戏、看视频、听音乐、学习、工作等等。

但实现类似的壮举,

却似乎更难了。

今天的人们,可能真的无法相信,

美国当年能用如此“原始”的电脑来控制宇宙飞船,实现登月!

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